STM32通过I2C硬件读写MPU6050

文章目录

[1. MPU6050](#1. MPU6050)

[2. 代码实现](#2. 代码实现)

[2.1 程序整体构架](#2.1 程序整体构架)

[2.2 MPU6050.C](#2.2 MPU6050.C)

[2.3 MPU6050.H](#2.3 MPU6050.H)

[2.4 MPU6050_Reg.h](#2.4 MPU6050_Reg.h)

[2.5 main.c](#2.5 main.c)

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1. MPU6050

对于I2C通信和MPU6050的详细解析可以看下面这篇文章

STM32单片机I2C通信详解-CSDN博客

对于STM32通过I2C软件读写MPU6050的代码，可以看下面这篇文章

相关配置的说明和解析都在软件实现也在这篇文章里：

STM32通过I2C软件读写MPU6050-CSDN博客

MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景。

3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度

3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度

欧拉角：

• 欧拉角是用来描述三维空间中刚体旋转的三个角度：俯仰角（Pitch）、滚转角（Roll）和偏航角（Yaw）。
• 俯仰角（Pitch）：飞机机头上下倾斜的角度。
• 滚转角（Roll）：飞机左右倾斜的角度。
• 偏航角（Yaw）：飞机左右转向的角度。

软件和硬件波形对比

软件I2C实现

1. 波形特点：软件I2C的波形较为不规整，每个时钟周期和空闲时间都不一致。
2. 操作特点：软件I2C时的引脚操作会有一定的延时，因此各个时钟周期的间隔和占空比都不均匀。

硬件I2C实现

1. 波形特点：硬件I2C的波形更加规整，时钟周期和占空比非常一致。
2. 操作特点：每个时钟周期后都有严格的延时，保证每个周期的时间相同。

传感器模型

这里借用一张图片

• 陀螺仪旋转检测

  • 陀螺仪绕Z轴旋转，陀螺仪Z轴会输出对应的角速度。
  • 图示中，三维空间的坐标轴X、Y、Z对应陀螺仪的三个方向。
  • 通过陀螺仪的测量，可以获得绕某一轴的旋转角速度信息，帮助理解物体的旋转状态。

• 加速度计检测

  • 在正方体中放置一个小球，小球压在哪个面上就产生对应轴的输出。
  • 当前芯片水平放置，对应正方体的X轴、Y轴数据基本为0。
  • 小球在底面上，产生1个g的重力加速度，这里显示的数据是1943。
  • 1943代表Z轴方向的支持力，所以Z轴加速度为正。

• 数据计算

  • 根据测量值1943和满量程32768（16位ADC），计算得出加速度的实际值。
  • 根据测量值1943和满量程32768（16位ADC），计算得出加速度的实际值。
  • 公式： 1943/32768 = Z/16g
  • 所以Z轴的加速度为0.95g。

• 测量值比例公式

  • 读到的ADC值与满量程值之间的比例关系。
  • 公式： 读到的数据/32768 = X/满量程 （其中，满量程在16位系统中为-32768到32767)

2. 代码实现

硬件I2C读写MPU6050

2.1 程序整体构架

• Main.c
  • 调用MPU6050初始化函数。
  • 循环读取数据并进行显示。
• MPU6050.c
  • 基于I2C通信协议，设定设备地址，发送读写指令。
  • 配置I2C外设，对I2C外设进行初始化
  • 配置寄存器，读取传感器数据。

2.2 MPU6050.C

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MPU6050_Reg.h"

#define MPU6050_ADDRESS		0xD0		//MPU6050的I2C从机地址

/**
  * 函    数：MPU6050等待事件
  * 参    数：同I2C_CheckEvent
  */
void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
	uint32_t Timeout;
	Timeout = 10000;									//给定超时计数时间
	while (I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT) != SUCCESS)	//循环等待指定事件
	{
		Timeout --;										//等待时，计数值自减
		if (Timeout == 0)								//自减到0后，等待超时
		{
			/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/
			break;										//跳出等待，不等了
		}
	}
}

/**
  * 函    数：MPU6050写寄存器
  * 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
  * 参    数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
  */
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成起始条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);	//硬件I2C发送从机地址，方向为发送
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);	//等待EV6
	
	I2C_SendData(I2C2, RegAddress);											//硬件I2C发送寄存器地址
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);			//等待EV8
	
	I2C_SendData(I2C2, Data);												//硬件I2C发送数据
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);				//等待EV8_2
	
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);											//硬件I2C生成终止条件
}

/**
  * 函    数：MPU6050读寄存器
  * 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
  * 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
  */
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成起始条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);	//硬件I2C发送从机地址，方向为发送
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);	//等待EV6
	
	I2C_SendData(I2C2, RegAddress);											//硬件I2C发送寄存器地址
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);				//等待EV8_2
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成重复起始条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);		//硬件I2C发送从机地址，方向为接收
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);		//等待EV6
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE);									//在接收最后一个字节之前提前将应答失能
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);											//在接收最后一个字节之前提前申请停止条件
	
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);				//等待EV7
	Data = I2C_ReceiveData(I2C2);											//接收数据寄存器
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE);									//将应答恢复为使能，为了不影响后续可能产生的读取多字节操作
	
	return Data;
}

/**
  * 函    数：MPU6050初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void MPU6050_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE);		//开启I2C2的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					//将PB10和PB11引脚初始化为复用开漏输出
	
	/*I2C初始化*/
	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;						//定义结构体变量
	I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;				//模式，选择为I2C模式
	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;				//时钟速度，选择为50KHz
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;		//时钟占空比，选择Tlow/Thigh = 2
	I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;				//应答，选择使能
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;	//应答地址，选择7位，从机模式下才有效
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;				//自身地址，从机模式下才有效
	I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure);						//将结构体变量交给I2C_Init，配置I2C2
	
	/*I2C使能*/
	I2C_Cmd(I2C2, ENABLE);									//使能I2C2，开始运行
	
	/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);				//电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);				//电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);				//采样率分频寄存器，配置采样率
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);					//配置寄存器，配置DLPF
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);			//陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/s
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);			//加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}


/**
  * 函    数：MPU6050获取ID号
  * 参    数：无
  * 返 回 值：MPU6050的ID号
  */
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);		//返回WHO_AM_I寄存器的值
}

/**
  * 函    数：MPU6050获取数据
  * 参    数：AccX AccY AccZ 加速度计X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
  * 参    数：GyroX GyroY GyroZ 陀螺仪X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
  * 返 回 值：无
  */
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, 
						int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{
	uint8_t DataH, DataL;								//定义数据高8位和低8位的变量
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);		//读取加速度计X轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);		//读取加速度计X轴的低8位数据
	*AccX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);		//读取加速度计Y轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);		//读取加速度计Y轴的低8位数据
	*AccY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);		//读取加速度计Z轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);		//读取加速度计Z轴的低8位数据
	*AccZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);		//读取陀螺仪X轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);		//读取陀螺仪X轴的低8位数据
	*GyroX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);		//读取陀螺仪Y轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);		//读取陀螺仪Y轴的低8位数据
	*GyroY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);		//读取陀螺仪Z轴的高8位数据
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);		//读取陀螺仪Z轴的低8位数据
	*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
}

2.3 MPU6050.H

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data);
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress);

void MPU6050_Init(void);
uint8_t MPU6050_GetID(void);
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, 
						int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);

#endif

2.4 MPU6050_Reg.h

#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H

#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C

#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48

#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75

#endif

2.5 main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"

uint8_t ID;								//定义用于存放ID号的变量
int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ;			//定义用于存放各个数据的变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	MPU6050_Init();		//MPU6050初始化
	
	/*显示ID号*/
	OLED_ShowString(1, 1, "ID:");		//显示静态字符串
	ID = MPU6050_GetID();				//获取MPU6050的ID号
	OLED_ShowHexNum(1, 4, ID, 2);		//OLED显示ID号
	
	while (1)
	{
		MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);		//获取MPU6050的数据
		OLED_ShowSignedNum(2, 1, AX, 5);					//OLED显示数据
		OLED_ShowSignedNum(3, 1, AY, 5);
		OLED_ShowSignedNum(4, 1, AZ, 5);
		OLED_ShowSignedNum(2, 8, GX, 5);
		OLED_ShowSignedNum(3, 8, GY, 5);
		OLED_ShowSignedNum(4, 8, GZ, 5);
	}
}